Современные представления о происхождении планет кратко
Обновлено: 03.07.2024
Все построения гипотез о происхождении Земли вплоть до XX в. опирались главным образом на умозрительные заключения, в лучшем случае на законы механики. Начало нашего столетия ознаменовалось грандиозными открытиями в области физики и химии, крупными достижениями в астрономии и философии, возникновением таких новых разделов наук, как геохимия, геофизика и космохимия. Соответствующим образом увеличилось и число гипотез о происхождении Земли, причем в каждой из них трактовалась эта проблема по-своему, зачастую не учитывая данных других областей знания, хотя все науки об окружающем нас мире в конечном итоге опираются на представление о происхождении Солнечной системы и Земли.
На тесную связь наук о Земле с космогонией серьезное внимание обратил еще в 1949 г. О. Ю. Шмидт. За прошедшие более чем 30 лет космогония обогатилась выдающимися открытиями и многочисленными новыми данными. Однако теория происхождения Земли заметно изменилась лишь в самые последние годы.
Солнечная система состоит из ее центральной звезды — Солнца, восьми вращающихся вокруг Солнца планет, их спутников, множества малых небесных тел и межпланетной среды.
К такому строению Солнечная система шла 4600 млн лет. Гипотезы о путях и принципах ее формирования выдвигались разными учеными: немецким философом Кантом, французским физиком Лапласом, английским астрономом Фредом Хойлом. В текстах их работ содержатся разные предположения.
Однако основой современной теории стала точка зрения российского математика Отто Юльевича Шмидта. Она гласит, что Солнце и окружающие его небесные тела образовались из холодного газопылевого облака под воздействием сильного гравитационного сжатия.
Общий процесс, если представить его максимально кратко, выглядел так: вращающееся облако постепенно наращивало скорость, температура его центра повышалась, а площадь сокращалась. В результате в центре образовалась горячая протозвезда — будущее Солнце. На периферии сформировались протопланетные диски, со временем нарастившие массу и преобразовавшиеся в планеты.
Образование Солнца
Причиной преобразований газопылевого облака стал мощный вброс энергии. Ученые предполагают, что это была ударная волна от взрыва сверхновой звезды. Под ее воздействием произошло мгновенное сжатие массы, образование в центре облака плотного раскаленного ядра. Остальная масса рассредоточилась по периферии, сформировав огромный диск.
С течением времени ядро увеличивало температуру, давление и плотность. И на следующем этапе превратилось в протозвезду. Далее при достижении критических значений температуры и давления в ядре начали происходить термоядерные реакции: водород стал превращаться в гелий. Так протозвезда прекратила свое существование, уступив место звезде, которую люди на Земле назвали Солнцем.
В астрономии существует основанная на математических расчетах теория о том, что с начала преобразований в облаке до начала термоядерных реакций прошло 100 тысяч лет.
Образование планет
Восемь планет Солнечной системы делят на две группы: земную и группу газовых гигантов.
К земной относятся:
К газовым гигантам причисляют:
Возникновение всех планет относится к одному временному периоду, но представления об их происхождении и составе у ученых разные.
Образование планет земной группы
В некоторых областях окружавшего Солнце диска части газопылевого облака начали уплотняться. Постепенно они преобразовались в плотные кольца, притягивающие твердые материи из космического пространства.
Поскольку температура в кольцах была слишком высокой, лед и газ в своем начальном виде не могли в них существовать. А вот термоустойчивые горные породы послужили отличным строительным материалом — именно из них состоят планеты земной группы.
Ученые до сих пор спорят о том, сколько длился процесс формирования планет земной группы. На сегодняшний день по разным оценкам он составляет от 10 до 100 млн лет.
По мере наращивания массы диски превращались в четыре планеты, известные нам сегодня, как Земля, Марс, Венера и Меркурий. Эта стадия стала основной в их развитии.
Образование газовых гигантов
Планеты группы газовых гигантов расположены на большом отдалении от Солнца. Их температуры значительно ниже земных. Этот факт они смогли использовать для своего формирования, нарастив массу за счет гравитационного притяжения газа из окружающего их пространства. Данный процесс называется аккрецией.
Сегодня газовые гиганты являются самыми большими планетами Солнечной системы. Их характеристики можно посмотреть в таблице ниже:
Аккреция газа заняла несколько миллионов лет. Процесс завершился на том этапе, когда содержание газовой составляющей в протопланетном диске достигло критически малых значений.
Образование спутников
На следующем этапе истории произошло образование спутников рядом с планетами Солнечной системы. Астрономам и физикам удалось определить три возможных способа:
- Захват одним объектом другого — обладающего меньшей массой и пролетающего вблизи.
- Преобразование околопланетного диска.
- Столкновение осколков.
О том, как именно образовался тот или иной спутник, ученые спорят. К примеру, характеристики Луны позволяют применять к ней любой из трех способов.
Пояс астероидов
Большинство из них, как видно на рисунке ниже, находится в области между орбитами Марса и Юпитера, образует Пояс астероидов.
Те астероиды, что находятся ближе к Марсу, состоят из железа и скалистых горных пород. Те, что расположены ближе к Юпитеру, содержат много льда, имеют состав, схожий с первоначальным составом газопылевого облака.
Состав астероидов становится более понятным, если сравнить удаленность Марса и Юпитера от Солнца. Здесь играет роль такой важный фактор как температура: чем дальше от Солнца, тем холоднее, тем больше газа и льда.
Солнечная система состоит из центрального небесного тела – звезды Солнца, 8 больших планет, обращающихся вокруг него, их спутников, множества малых планет – астероидов, многочисленных комет и межпланетной среды. Большие планеты располагаются в порядке удаления от Солнца следующим образом: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.
Один из важных вопросов, связанных с изучением нашей планетной системы – проблема ее происхождения.
Развитие представлений о происхождении Солнечной системы
К настоящему времени известны многие гипотезы о происхождении Солнечной системы, в том числе предложенные независимо немецким философом И. Кантом и французским математиком и физиком П. Лапласом:
- Точка зрения И. Канта заключалась в эволюционном развитии холодной пылевой туманности, входе которого сначала возникло центральное массивное тело – Солнце, а потом родились и планеты.
- П. Лаплас считал первоначальную туманность газовой и очень горячей, находящейся в состоянии быстрого вращения. Сжимаясь под действием силы всемирного тяготения, туманность вследствие закона сохранения момента импульса вращалась все быстрее и быстрее. Под действием больших центробежных сил от него последовательно отделялись кольца, превращаясь в результате охлаждения и конденсации в планеты.
Несмотря на такое различие между двумя рассматриваемыми гипотезами, обе они исходят от одной идеи – Солнечная система возникла в результате закономерного развития туманности. И поэтому такую идею иногда называют гипотезой Канта–Лапласа.
Английский астроном Хойл утверждает, что Солнце в момент рождения представляло собой сгусток газопылевой туманности, в котором существовало магнитное поле. Вначале он вращался с большой скоростью, а позже из-за влияния магнитного поля его вращение начало снижаться.
Гипотеза Джинса – формирование системы произошло в результате катастрофы. Солнце столкнулось с другой звездой, в результате часть выброшенного в космическое пространство вещества конденсировалось и образовало планеты.
Согласно современным представлениям, планеты солнечной системы образовались из холодного газопылевого облака, окружавшего Солнце миллиарды лет назад. Такая точка зрения наиболее последовательно отражена в гипотезе российского ученого, академика О.Ю. Шмидта.
Стадии образования Солнечной системы
Основная теория предполагает, что на месте нынешней Солнечной системы 5 млрд. лет тому назад существовало гигантское облако из газов и пыли. Оно имело огромные размеры, и было растянуто в пространстве на 6 млрд. км.
Аналогичные пылевые облака существуют во многих уголках необъятной Вселенной. Их основная масса состоит из водорода. Это тот газ, из которого первоначально образуются звёзды. Затем, в результате термоядерной реакции, начинает выделяться инертный газ гелий. На долю остальных веществ приходится всего 2%.
Образование Солнца
В какой-то момент пылевое облако получило внешний мощный импульс, представляющий собой огромный выброс энергии. Это могла быть ударная волна, сгенерированная взрывом сверхновой звезды. А возможно, что внешнего воздействия и не было. Просто за счёт закона притяжения облако стало уменьшаться в объёме и уплотняться.
Данный процесс дал толчок гравитационному коллапсу. То есть произошло быстрое сжатие космической массы. В результате этого в центре возникло раскалённое ядро с очень высокой плотностью. Вся остальная масса рассосредоточилась по краям ядра. А так как в космосе всё вращается вокруг своей оси, то эта масса приобрела форму диска.
Ядро уменьшалось в размере, увеличивая свою температуру и плотность. В результате оно трансформировалось в протозвезду. А газовое облако вокруг ядра всё больше уплотнялось, пока в ядре температура и давление достигли критической величины. Это спровоцировало начало термоядерной реакции, и водород начал превращаться в гелий.
С момента формирования туманности до запуска в протозвезде термоядерных реакций проходит в среднем 100000 лет.
Протозвезда перестала существовать, а вместо неё возникла звезда под названием Солнце.
Новая звезда еще очень мала – она находится в стадии коричневого карлика. Она в течение нескольких сотен миллионов лет превращается в звезду солнцеподобного типа.
После того, как значительная часть массы протозвездной туманности сформировало звезду, вокруг нее образуется протопланетный диск.
Формирование планет земной группы
А вот далее пошёл другой процесс. Газопылевые облака, вращающиеся вокруг Солнца, стали стягиваться в плотные кольца.
Планеты внутренней группы сформировались в тех областях протопланетного диска, где температура слишком высока для существования частиц льда и газа в диком состоянии. Поэтому эти объекты построены преимущественно из термоустойчивых горных пород.
Планетазимали вначале быстро приращивают массу, достигая диаметра более километра. Далее крупные фрагменты притягивают к себе более мелкие, пока запас планетазималей в диске не окажется полностью исчерпан. Наступает стадия окончательного формирования Солнечной системы и приобретения ее телами определенной орбиты.
Весь процесс возникновения планеты внутренней группы занял от 10 до 100 миллионов лет.
Возникновение газовых гигантов
Формирование газовых гигантов, к которым относятся Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, более сложный процесс.
До момента образования крупных планетазималей их развитие подобно планетам земного типа. Но в их составе содержатся частицы льда, и они наращивают свою массу путем аккреции газа из протопланетного диска. Это возможно, т.к. во внешней области будущей звездной системы температуры относительно невысоки.
Процесс сбора газа занимает несколько миллионов лет до истощения газовых запасов диска.
Формирование газовых гигантов оказывает значительное влияние на количество твердотельных планет внутри системы. Чем раньше началось образование газовых планет, тем меньше строительного материала останется на формирование землеподобных тел.
Образование спутников
В дальнейшем произошло возникновение спутников вокруг планет.
Естественные спутники образовались у большинства планет Солнечной системы, а также у многих других тел. Так возле Земли появилась Луна.
Различают три основных механизма их формирования:
- формирование из около-планетного диска (в случае газовых гигантов);
- формирование из осколков столкновения (в случае достаточно крупного столкновения под малым углом);
- захват пролетающего объекта
И, в конце концов, образовалось единое космическое сообщество, которое существует по сей день.
Вот таким образом наука объясняет происхождение Солнечной системы. Кстати, данная теория присуща и другим звёздным образованиям, которых в космосе бесконечное множество.
Будущее Cолнечной системы
По последним научным данным, Солнечная система является стабильной системой. То есть больших изменений в ближайшее время не стоит ждать. Самые большие изменения будут происходить с изменением состояния Солнца.
Другими словами, не будет претерпевать экстремальных изменений до тех пор, пока Солнце не израсходует запасы водородного топлива. Этот рубеж положит начало переходу Солнца в фазу красного гиганта.
Спустя 1 миллиард лет из-за увеличения солнечного излучения околозвёздная обитаемая зона Солнечной системы будет смещена за пределы современной земной орбиты.
В настоящее время
Солнечная система и ее происхождение изучаются во многих известных институтах мира.
Наступит момент, и благодаря неустанным трудам ученых завеса тайны приоткроется, чтобы население Земли смогло узнать еще больше о происхождении нашей удивительной планеты.
Видео
Отто Юльевич Шмидт ( 1891 – 1956 ) — советский математик, географ, геофизик, астроном, организатор книгоиздания и реформы системы образования. Его именем названы остров в Северном Ледовитом океане, равнина в Антарктиде, мыс на Чукотке.
Отто Юльевич Шмидт в \(1944\) г. выдвинул свою теорию образования планет в результате конденсации газово-пылевого облака, которое миллиарды лет назад окружало Солнце. Это облако состояло из пыли и газа. В хаотичном движении частички облака слипались и образовывали сгустки. П ланеты Солнечной системы образовались из этих сгустков.
Теории Канта, Лапласа, Шмидта заложили основы современных представлений о возникновении Солнечной системы и всех её объектов.
Современное представление о возникновении Солнца и планет заключается в одновременном формировании их из межзвёздного вещества , которое включало в себя частицы пыли и газа . Из крупного сгустка этих частиц образовалось Солнце, вокруг него вращалось газово - пылевое облако в форме диска. Плотные сгустки этого облака стали планетами.
Гипотезы о развитии Солнечной системы и возникновении планет выдвигались самые разнообразные, учёные их дополняли, развивали. В современной теории так же много загадок, неясностей которые в будущем придётся решить, объяснить или выдвинуть совершенно новую гипотезу.
Читайте также: